電機學課件-直流電動機的電力拖動

直流電動機的電力拖動歡迎來到直流電動機電力拖動的課程。本課程將深入探討直流電動機的原理、特性和控制方法，為您提供全面的理論和實踐知識。緒論課程概述介紹直流電動機在工業(yè)應用中的重要性和廣泛應用。學習目標掌握直流電動機的基本原理、控制方法和應用技術(shù)。課程結(jié)構(gòu)從基礎理論到高級應用，循序漸進地學習直流電動機知識。直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理基本結(jié)構(gòu)定子、轉(zhuǎn)子、換向器和電刷是直流電動機的主要組成部分。工作原理基于安培力定律和法拉第電磁感應定律，實現(xiàn)電能到機械能的轉(zhuǎn)換。直流電動機特性曲線機械特性曲線描述轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。電磁特性曲線展示電流與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。調(diào)速特性曲線反映不同電壓下的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩關(guān)系。轉(zhuǎn)速和扭矩的關(guān)系線性關(guān)系在恒定電壓下，轉(zhuǎn)速與扭矩呈線性反比關(guān)系。影響因素電樞電壓、磁場強度和負載變化都會影響轉(zhuǎn)速-扭矩關(guān)系。調(diào)節(jié)方法通過改變電樞電壓或磁場強度可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速-扭矩特性。電動機起動過程1初始狀態(tài)電動機靜止，無電流流過。2施加電壓電樞繞組產(chǎn)生大電流，形成起動轉(zhuǎn)矩。3加速階段轉(zhuǎn)速逐漸增加，反電動勢上升。4穩(wěn)定運行達到額定轉(zhuǎn)速，電流降至正常值。起動電流的計算歐姆定律起動電流=電源電壓/電樞電阻考慮因素電源特性、電機參數(shù)和負載特性電流曲線起動過程中電流隨時間的變化起動電流的限制措施1串聯(lián)電阻法2降壓啟動法3晶閘管軟啟動4變頻軟啟動這些方法可有效降低起動電流，保護電機和電網(wǎng)。直流電動機的變速控制1電樞電壓控制2磁場調(diào)節(jié)控制3串級調(diào)速控制4PWM調(diào)速控制不同的變速控制方法適用于不同的應用場景。電機轉(zhuǎn)速的控制方式開環(huán)控制簡單直接，但精度較低，適用于低要求場合。閉環(huán)控制通過反饋調(diào)節(jié)，實現(xiàn)高精度控制，適用于高要求場合。恒功率變速控制1原理解析通過調(diào)節(jié)電樞電壓和磁場強度，保持輸出功率恒定。2應用場景適用于需要在寬速度范圍內(nèi)保持恒定功率的應用。3控制策略低速區(qū)采用恒轉(zhuǎn)矩控制，高速區(qū)采用弱磁控制。四象限工作第一象限正向電動狀態(tài)，電機正向旋轉(zhuǎn)輸出正轉(zhuǎn)矩。第二象限反向發(fā)電狀態(tài)，電機正向旋轉(zhuǎn)輸出負轉(zhuǎn)矩。第三象限反向電動狀態(tài)，電機反向旋轉(zhuǎn)輸出負轉(zhuǎn)矩。第四象限正向發(fā)電狀態(tài)，電機反向旋轉(zhuǎn)輸出正轉(zhuǎn)矩。四象限工作下的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性第一象限正轉(zhuǎn)速，正轉(zhuǎn)矩，電動運行。第二象限正轉(zhuǎn)速，負轉(zhuǎn)矩，發(fā)電制動。第三象限負轉(zhuǎn)速，負轉(zhuǎn)矩，反向電動運行。第四象限負轉(zhuǎn)速，正轉(zhuǎn)矩，反向發(fā)電制動。四象限工作下的功率-轉(zhuǎn)速特性電動狀態(tài)第一和第三象限，電機消耗電能產(chǎn)生機械功。發(fā)電狀態(tài)第二和第四象限，電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能。過渡區(qū)域象限之間的過渡區(qū)域，功率接近于零。電動機負載對其工作特性的影響恒轉(zhuǎn)矩負載如電梯，轉(zhuǎn)速變化，轉(zhuǎn)矩保持不變。二次型負載如風機，轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速平方變化。恒功率負載如卷揚機，轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)矩減小。直流電動機配電網(wǎng)的設計1負載分析確定電機功率和運行特性。2電源選擇根據(jù)電機功率選擇合適的電源。3線路設計計算導線截面積和電壓降。4保護裝置選擇合適的斷路器和保護設備。配電網(wǎng)參數(shù)的確定電壓等級根據(jù)電機額定電壓選擇合適的配電網(wǎng)電壓。電流容量考慮電機最大工作電流和啟動電流。導線選擇根據(jù)電流容量和電壓降要求選擇導線規(guī)格。電源選擇和供電系統(tǒng)整流器電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，適用于大功率電機。開關(guān)電源高效率、小體積，適用于中小功率電機。蓄電池電源便攜性好，適用于移動設備和應急系統(tǒng)。電機選型和電機保護電機選型考慮因素負載特性工作環(huán)境啟動性能調(diào)速范圍電機保護措施過載保護短路保護過熱保護欠壓保護電動機控制系統(tǒng)的設計1控制目標確定2控制策略選擇3控制器設計4驅(qū)動電路設計5反饋系統(tǒng)設計設計過程需要考慮系統(tǒng)性能、可靠性和成本等因素。電機控制元件的選擇電機控制系統(tǒng)的構(gòu)成控制單元處理控制算法和邏輯。驅(qū)動電路將控制信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電機的功率信號。反饋系統(tǒng)采集電機運行狀態(tài)信息。保護電路確保系統(tǒng)安全運行。PLC在電動機控制中的應用靈活性PLC程序易于修改，適應不同控制需求?？煽啃怨I(yè)級設計，適合惡劣環(huán)境。集成性可與其他自動化設備輕松集成。遠程控制支持網(wǎng)絡通信，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和控制。直流電動機驅(qū)動的應用案例電動汽車直流電機在電動汽車中用作牽引電機，提供動力。機器人直流電機用于機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動，實現(xiàn)精確運動控制。工業(yè)生產(chǎn)線直流電機驅(qū)動傳送帶和各種工業(yè)設備。電機驅(qū)動系統(tǒng)的節(jié)能措施1高效電機選用2變頻調(diào)速應用3功率因數(shù)補償4能量回饋技術(shù)這些措施可以顯著提高電機系統(tǒng)的能源利用效率。電機效率的評價指標η效率輸出功率與輸入功率之比，反映能量轉(zhuǎn)換效率。cosφ功率因數(shù)有功功率與視在功率之比，反映電能利用程度。IE能效等級國際電工委員會制定的電機能效標準。無刷直流電動機的控制技術(shù)六步換向法簡單可靠，適用于低成本應用。正弦波驅(qū)動平穩(wěn)運行，低噪音，高效率。矢量控制高性能控制，適用于精密應用。步進電動機的控制技術(shù)全步進驅(qū)動每次移動一個完整步距，定位精度較低。半步進驅(qū)動每次移動半個步距，提高定位精度。微步進驅(qū)動將一個步距細分，實現(xiàn)更高精度和平滑運動。編碼器在電機控制中的應用位置反饋提供電機軸的精確位置信息。速度測量通過脈沖頻率計算電機轉(zhuǎn)速。方向檢測